- •СОДЕРЖАНИЕ
- •ВВЕДЕНИЕ
- •1. РАДИОАКТИВНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ ЯДЕР
- •1.1. Характеристики атомных ядер и энергия их связи
- •1.2. Явление радиоактивности. Основной закон радиоактивного распада
- •1.3. Альфа-распады, бета-распады и гамма-излучения радиоактивных ядер
- •2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЯДЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
- •2.1. Взаимодействие альфа-частиц с веществом
- •2.2. Взаимодействие бета-частиц с веществом
- •2.3. Взаимодействие гамма-излучения с веществом
- •2.4. Взаимодействие нейтронов с веществом
- •2.5. Методы регистрации ионизирующих излучений
- •3. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
- •3.1. Деление тяжелых ядер. Цепная реакция деления
- •3.2. Понятие о ядерном реакторе и принципе его работы
- •4. ДОЗИМЕТРИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ И ИХ ЕДИНИЦЫ
- •5. ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ИСКУССТВЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ
- •5.1. Естественный радиационный фон
- •5.2. Искусственные источники радиации
- •6. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ
- •6.1. Механизмы повреждения клеток и тканей при воздействии ионизирующих излучений
- •6.2. Радиочувствительность клеток и тканей
- •6.4. Действие на организм малых доз излучения
- •Контрольные вопросы
- •7. АВАРИЯ НА ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ АЭС И ЕЕ ПОСЛЕДСТВИЯ
- •7.2. Причины аварии на ЧАЭС, начальные ее последствия и состояние остановленного реактора
- •7.3. Радиоэкологическая обстановка в Республике Беларусь
- •7.4. Экономические последствия катастрофы на ЧАЭС
- •8. СПОСОБЫ И СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ НАСЕЛЕНИЯ ОТ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ
- •8.1. Общие принципы защиты населения от ионизирующих излучений
- •8.2. Хранение, учет и перевозка радиоактивных веществ, ликвидация отходов
- •8.3. Государственная программа Республики Беларусь по ликвидации последствий аварии на Чернобыльской атомной электростанции
- •9. НОРМИРОВАНИЕ ОБЛУЧЕНИЯ И ОЦЕНКА РАДИАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ
- •9.1. Обоснование допустимых доз облучения
- •9.2. Методика оценки радиационной обстановки
- •10. БЕЗОПАСНОСТЬ НЕИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ
- •10.1. Виды и источники электромагнитных излучений (ЭМИ)
- •10.2 Воздействие электромагнитных излучений на организм человека
- •10.3. Ультрафиолетовая радиация, воздействие на организм
- •10.4. Гигиенические аспекты тепловой радиации
- •ЛИТЕРАТУРА
- •1. ХАРАКТЕРИСТИКА ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ И ПРИЧИНЫ ИХ ВОЗНИКНОВЕНИЯ
- •1.1 Понятие о чрезвычайных ситуациях и их классификация
- •1.2 Природные чрезвычайные ситуации, характерные для Республики Беларусь
- •1.3 Действия населения при стихийных бедствиях
- •3. Характеристика очага химического поражения
- •3.2 Отравляющие химические вещества как оружие массового поражения
- •3.3 Формирование зоны химического заражения
- •4. Характеристика очага бактериологического (биологического) поражения
- •4.1 Краткая характеристика биологических очагов
- •4.2 Характеристика некоторых очагов особо опасных инфекций
- •4.3 Организация помощи пострадавшим в очагах биологического поражения
- •5. Государственная структура управления действиями по защите населения и хозяйственных объектов в чрезвычайных ситуациях
- •5.1 Организационная структура и задачи гражданской обороны
- •5.2 Силы гражданской обороны
- •5.3 Система оповещения гражданской обороны
- •6. ЗАЩИТА НАСЕЛЕНИЯ В ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ
- •6.1 Принципы обеспечения безопасности и защиты населения
- •6.2 Основные способы защиты населения
- •7.1 Понятие об устойчивости работы промышленного объекта народного хозяйства
- •7.4 Нормы проектирования инженерно-технических мероприятий гражданской обороны
- •8.1 Основы спасательных и других неотложных работ
- •8.2 Проведение СиДНР в очаге ядерного поражения
- •8.3 Спасательные работы в очагах химического и бактериологического (биологического) поражения
- •8.4 Ведение спасательных и других неотложных работ при ликвидации последствий стихийных бедствий
- •8.5 Содержание работы командира формирования по организации и проведению спасательных работ
- •8.6 Виды обеспечения формирований и населения в очагах поражения
- •8.7 Организация и проведение специальная обработка
- •9. Организация обучения населения по гражданской обороне
- •9.1 Задачи и организация обучения населения
- •9.2.2 Подготовка и проведение тактико-специальных учений
- •ЛИТЕРАТУРА
- •СОДЕРЖАНИЕ
2.4. Взаимодействие нейтронов с веществом
Проходя через вещество, нейтроны практически не взаимодействуют с атомными электронами, так как нейтроны не имеют электрического заряда. В основном нейтроны взаимодействуют с атомными ядрами вещества. Так как ядра занимают малую часть объема атома, то проникающая способность нейтронов намного больше, чем заряженных частиц. В зависимости от того, попадает нейтрон в ядро или нет, его взаимодействие с ядром подразделяют на два класса:
а) упругое рассеяние под действием ядерных сил без попадания в ядро (упругое столкновение);
б) различные ядерные реакции, вызванные попаданием нейтрона в ядро. Вид взаимодействия или реакции существенно зависит от кинетической энергии нейтрона. По величине энергии нейтроны делятся на три основных вида: тепловые с энергией в пределах , резонансные – 0,5.....104 эВ и
быстрые – 104 .....108 эВ.
Упругое рассеяние можно рассматривать как упругое столкновение двух шаров: нейтрона и ядра. При этом электрон передает часть кинетической энергии ядру. Расчеты показывают, что средняя энергия нейтронов после одного столкновения с ядром уменьшается вдвое.
При прохождении нейтрона через вещество, под действием его происходят различные ядерные реакции. Ядерными реакциями называются превращения атомных ядер, происходящие в результате их взаимодействия с элементарными частицами или друг с другом. Ядерные реакции осуществляются в основном при бомбардировке ядер быстрыми частицами. В результате столкновения появляются новые частицы, перераспределяется энергия между частицей и ядром (или между сталкивающимися ядрами).
Перестройка ядер в процессе реакции сопровождается изменением их внутренней энергии и, следовательно, энергии покоя ядер. Разность энергий покоя Е2 и после реакции Е1 называют энергией реакции Q, т.е.
Q = E2 − E1 .
При Q>0 в результате реакции выделяется кинетическая энергия за счет уменьшения энергии покоя ядра. Такая реакция может идти при любой кинетической энергии частицы, достаточной для преодоления сил кулоновского отталкивания.
При Q<0 реакция идет с уменьшением кинетической энергии, за счет которой возрастает энергия покоя. Такая реакция может идти только при больших энергиях частицы, превышающей некоторое минимальное, пороговое значение.
При Q=0 происходит упругое рассеяние, при котором сохраняется как полная, так и суммарная кинетическая энергия. А значит, и суммарная энергия покоя.
Ядерные реакции с участием нейтронов часто приводят к появлению радиоактивных изотопов.
Таким образом, прохождение всех радиоактивных излучений через веще-
21
ство приводит к ионизации его атомов. В связи с этим радиоактивные излучения называют ионизирующими. В общем случае под ионизирующим излучением понимают любое излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию ионов разных знаков. Различают непосредственно ионизирующее и косвенно ионизирующее излучение. Непосредственно ионизирующее - это излучение, состоящее из заряженных частиц, имеющих кинетическую энергию, достаточную для ионизации при столкновении. Косвенно ионизирующее - это излучение, состоящее из незаряженных частиц, которые в результате взаимодействия со средой могут создавать непосредственно ионизирующее излучение. К непосредственно ионизирующим излучениям относятся альфа- и бетаизлучения, а к косвенно ионизирующим - гамма- и рентгеновские лучи.
2.5. Методы регистрации ионизирующих излучений
Важнейшим элементом большинства приборов для обнаружения и регистрации количественных характеристик ионизирующих излучений является детектор (приемник). Принцип работы и устройство детектора определяются характером взаимодействия излучения с веществом. Детектирование ионизирующего излучения основано на регистрации эффектов, которые вызывает излучение при прохождении через вещество. К таким эффектам относятся: ионизация и возбуждение атомов вещества; свечение некоторых веществ; изменение цвета химических растворов и др. Количественными характеристиками регистрируемых эффектов являются число образовавшихся носителей заряда, число образовавшихся фотонов и др.
К основным характеристикам детекторов всех типов относятся эффективность регистрации, временное разрешение и время восстановления.
Эффективность регистрации - это отношение числа зарегистрированных частиц (гамма-квантов) к полному числу частиц, прошедших за это же время через детектор.
Временное разрешение (разрешающее время) определяется минимальным промежутком времени между двумя последовательными актами регистрации, в течение которого детектор остается нечувствительным к радиоактивному излучению.
Временное восстановление - это интервал времени, в течение которого детектор, зарегистрировав одну частицу, успевает вернуться в исходное состояние для регистрации следующей частицы.
По методу регистрации детекторы разделяют на ионизационные, сцинтилляционные, фотографические, химические и др.
Ионизационный метод основан на обнаружении эффекта ионизации атомов вещества под действием ионизирующего излучения. Под воздействием излучений происходит ионизация воздуха или газа. Нейтральные атомы газа или воздуха в изолированном объеме после воздействия разделяются на положительные и отрицательные ионы. Если в этом объеме поместить два электрода, к которым приложено постоянное напряжение, то между электродами создается электрическое поле. При наличии электрического поля в ионизированном газе
22
или воздухе возникает направленное движение частиц (ионов), т.е. через газ протекает электрический ток, называемый ионизационным. Измеряя ионизационный ток, можно судить об интенсивности ионизирующих излучений.
К приборам, работающим на основе ионизационного эффекта, относят ионизационные камеры и счетчики. Принципиальные схемы ионизационной камеры и счетчика одинаковы.
Ионизационная камера представляет собой заполненный воздухом замкнутый объем, внутри которого находятся два изолированных друг от друга электрода. К электродам приложено напряжение от источника постоянного тока (до 1000 В). При отсутствии ионизирующего излучения в цепи ионизационной камеры тока не будет, так как воздух является изолятором. При воздействии излучений в ионизационной камере атомы воздуха ионизируются. В электрическом поле положительные ионы перемещаются к катоду, а отрицательные - к аноду. В цепи камеры возникает ионизационный ток, который регистрируется прибором. Числовое значение ионизационного тока пропорционально мощности ионизирующего излучения. Следовательно, по ионизационному току можно судить о мощности дозы излучения, воздействующей на камеру. Ионизационные камеры просты и характеризуются высокой эффективностью регистрации, но имеют ряд недостатков. Так, для измерения полной энергии ионизирующей частицы необходимо, чтобы ее пробег целиком уместился в камере. Поэтому ионизационные камеры пригодны для измерения энергии только сильноионизирующих частиц с малым пробегом (альфа-частиц или осколков деления). Ионизационные камеры чувствительны к помехам и шумам.
Недостатки ионизационных камер в значительной мере преодолены в газоразрядных счетчиках. До настоящего времени в дозиметрии и радиометрии наиболее широкое применение получили счетчики Гейгера-Мюллера. Промышленностью выпускаются два вида счетчиков Гейгера – цилиндрические и торцевые. Цилиндрический счетчик Гейгера (рис. 2.2а) представляет собой герметично запаянную тонкостенную металлизированную трубку 1 (катод), вдоль оси, которой натянута металлическая нить 2 (анод), толщиной 10-100 мкм.
а
б
Рис. 2.2. Схемы газоразрядных счетчиков
23
У торцевых счетчиков Гейгера (рис. 2.2б) в металлическом или стеклянном металлизированном корпусе 1 (катоде) в торцевой части имеется тонкое слюдяное окошко 3. Счетчик заполняется газом-аргоном или неоном. Электроды счетчика, в зависимости от его типа, находятся под напряжением 250-1000 В. Величина рабочего напряжения зависит от конструкции счетчика и состава заполняющей его газовой смеси. Электрическая схема включения счетчика приведена на рис. 2.3.
Ионизирующее излучение проникает в цилиндрический счетчик через его боковую поверхность, в торцовый – через слюдяное окошко. При воздействии ионизирующего излучения в рабочем объеме счетчика образуются заряженные частицы. Электроны, двигаясь в электрическом поле к аноду счетчика, площадь которого значительно меньше площади катода, приобретают кинетическую энергию, достаточную для дополнительной ионизации атомов газовой среды. Выбитые при этом электроны также производят ионизацию. Таким образом, одна частица ионизирующего излучения, попавшая в объем смеси газового счетчика, вызывает образование лавины свободных электронов. На аноде счетчика собирается большое количество электронов. В результате этого положительный потенциал резко уменьшается и возникает электрический импульс.
Рис. 2.3. Схема включения счетчика в сеть
Число импульсов тока, возникающих в счетчике, зависит от напряжения между его электродами. Зависимость скорости счета импульсов n (числа импульсов, регистрируемых счетчиком в единицу времени) от напряжения, приложенного к электродам, приведена на рис. 2.4.
Рис. 2.4. Зависимость формирования импульсов от подаваемого напряжения
До напряжения зажигания Uo электрические импульсы в цепи анода не возникают. Счетчик «не чувствует» ионизирующего излучения. Это связано с
24
тем, что электронно-ионные пары, образующиеся в объеме счетчика под воздействием ионизирующего излучения, нейтрализуются, не успевая достигнуть электродов.
С ростом напряжения процессы нейтрализации становятся менее вероятными, чем ионизация атомов. Это приводит к росту числа частиц, регистрируемых счетчиком в интервале значений напряжения от Uo до U1 .
При повышении напряжения от U1 до U2 число импульсов n, регистрируемых счетчиком в единицу времени, становится практически постоянным. При значениях напряжения от U1 до U2 процесс приобретает характер самостоятельного разряда. Появление в объеме счетчика ионизирующей частицы приводит к возникновению одного электрического импульса. Промежуток напряжения от U1 до U2, прикладываемых к электродам счетчика, назван областью Гейгера. При напряжении более U2 попадание в счетчик одной частицы вызывает не один, а несколько импульсов тока в цепи анода, т.е. происходит многократная регистрация одной частицы.
Счетчики, работающие даже в области Гейгера, регистрируют не все поступающие на него частицы, т.е. эффективность регистрации менее 100%. Кроме того, в счетчиках Гейгера большое время восстановления их чувствительно-
сти (10−4 − 10−3 c).
В настоящее время благодаря ряду преимуществ по сравнению с другими методами регистрации широкое применение нашли сцинтилляционные счетчики. Вещества, испускающие свет под действием ионизирующего излучения, называются сцинтилляторами. Сцинтилляционный метод регистрации радиоактивных излучений основан на изменении интенсивности световых вспышек, возникающих в люминесцирующих веществах при прохождении через них ионизирующего излучения. Количество вспышек пропорционально мощности дозы облучения. В качестве сцинтилляторов используются кристаллы некоторых неорганических или органических веществ (сернистый цинк, йодистый натрий и др.). Регистрация световых вспышек осуществляется с помощью фотоэлектронного умножителя с регистрирующей электронной схемой. Фотоэлектронный умножитель преобразует слабые световые вспышки от сцинтиллятора в большие электрические импульсы.
Основными достоинствами сцинтилляционных датчиков являются их высокая эффективность регистрации радиоактивных излучений, малое время вы-
свечивания сцинтилляторов (10 −7 –10 −9 с), высокое временное разрешение. Такие параметры счетчика позволяют проводить измерения с короткоживущими радионуклидами.
Сущность фотографического метода основана на степени почернения фотоэмульсии. Под действием ионизирующих излучений атомы бромистого серебра, содержащегося в фотоэмульсии, распадаются на серебро и бром. При этом образуются мельчайшие кристаллики серебра, которые и вызывают почернение фотопленки при ее проявлении. Плотность почернения пропорциональна поглощенной энергии излучения. Сравнивая плотность почернения с эталоном, определяют дозу облучения, полученную пленкой. На этом принципе
25
основаны индивидуальные фотодозиметры.
Сущность химического метода основана на том, что некоторые химические вещества под воздействием ионизирующих излучений меняют свою структуру. Например, хлороформ в воде при облучении разлагается с образованием соляной кислоты, которая дает цветную реакцию с добавленным к хлороформу красителем. По плотности окраски судят о дозе облучения. На этом принципе основаны химические дозиметры.
В современных дозиметрических и радиометрических приборах широкое распространение получили ионизационный и сцинтилляционный методы.
Дозиметрические приборы предназначены для измерения экспозиционной, поглощенной, эквивалентной доз облучения или мощности этих доз.
Приборы предназначены для измерения активности источников потока частиц, плотности потока частиц или фотонов называют радиометрами.
Спектрометрами называют приборы, которые, как и радиометры, позволяют измерить активность источника, поток частиц или фотонов. Однако, в отличие от радиометров, с помощью спектрометров можно также определить энергию регистрируемого излучения и даже распределение частиц и фотонов по значениям их энергии, т.е. получить и исследовать энергетический спектр излучения. Спектрометр – это фактически тот же радиометр с расширенными возможностями в части измерения энергии излучения.
Контрольные вопросы:
1.Для чего необходимы знания процессов взаимодействия ядерных излучений с веществом?
2.В чем сущность взаимодействия альфа- и бета-частиц с веществом?
3.При каких видах излучений радионуклидов имеют место ионизационные потери, и от каких факторов они зависят?
4.В чем сущность тормозного излучения?
5.Сущность фотоэффекта при взаимодействии гамма-квантов с веществом.
6.Сущность комптоновского рассеяния при взаимодействии гамма-лучей с веществом.
7.Виды взаимодействия нейтронов с веществом и их сущность.
8.Достоинства и недостатки ионизационного метода регистрации ионизирующих излучений.
9.Сущность регистрации ионизирующих излучений счетчиком ГейгераМюллера.
26